ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №9

УДК: 533.95:629.782

Определение электрофизических свойств плазмы
ударного слоя вблизи критической точки
спускаемого аппарата

А.Р. Мурлага

Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт им. академика А.И. Берга
107078, Москва, ул. Новая Басманная, 20, корп. 9

Статья поступила в редакцию 11 июня 2025 г.

Аннотация. В ряде практических задач важно обеспечивать устойчивую радиосвязь со спускаемыми аппаратами в плотных слоях атмосферы. Большие сверхзвуковые скорости, с которыми спускаемые аппараты движутся на этом участке траектории, приводят к возникновению в их носовой части сильно нагретого плазменного ударного слоя, заметно ослабляющего прохождение радиоволн. Потери в плазме складываются из отражения сигнала от границы раздела «плазма/свободное пространство» и из его затухания в плазме
и определяются значениями показателей преломления и поглощения плазмы. Цель статьи состоит в определении показателей преломления и поглощения радиоволн в плазме ударного слоя вблизи критической точки спускаемого аппарата для различных высот его полета и скоростей набегающего потока. При проведении расчета приняты следующие допущения: плазма ударного слоя является однородной и изотропной, к движению заряженных частиц применима классическая теория, внешнее магнитное поле отсутствует, электронный газ является невырожденным, плазма находится в состоянии термодинамического равновесия, в теплозащитном покрытии спускаемого аппарата отсутствуют легкоионизуемые компоненты, влияющие на интенсивность протекания ионизационных процессов в плазме ударного слоя. С использованием известных соотношений выполнены расчеты параметров плазмы ударного слоя вблизи критической точки спускаемого аппарата для высот полета спускаемого аппарата от 80 до 20 км и скоростей набегающего потока 4,6; 6 и 7,4 км/с: концентрации электронов и молекул, температуры, эффективного числа соударений электронов с ионами и молекулами среды, – позволившие определить диэлектрическую проницаемость, проводимость и показатели преломления и поглощения плазмы ударного слоя. Анализ результатов показал, что, поскольку в рассматриваемых случаях плазменная среда обладает ненулевой проводимостью, несмотря на отрицательные значения диэлектрической проницаемости показатель преломления плазмы остается вещественным, и, следовательно, в плазме существует бегущая волна. Показатели преломления и поглощения плазмы являются функциями высоты, скорости набегающего потока и частоты. С уменьшением высоты полета спускаемого аппарата наблюдается их стабильный рост, что объясняется ростом проводимости и абсолютного значения диэлектрической проницаемости плазменной среды. Полученные в статье результаты являются параметрами электродинамической модели спускаемого аппарата, используя которую в дальнейшем планируется постановка серии численных экспериментов, позволяющих выбрать оптимальный конструктивный облик и технические характеристики бортовой аппаратуры связи.

Ключевые слова: плазма, ударный слой, спускаемый аппарат, потери в плазме, радиосвязь.

Автор для переписки: Мурлага Алексей Ростиславович, myrlaga_olga@mail.ru

Литература

1. Giangaspero V. F. et al. 3D ray tracing solver for communication blackout analysis in atmospheric entry missions //Computer Physics Communications. – 2023. – Т. 286. – С. 108663.

2. Savino R. et al. Plasma-radiofrequency interactions around atmospheric re-entry vehicles: modelling and arc-jet simulation //Open Aerospace Engineering Journal. – 2010. – Т. 3. – №. 1. – С. 76-85.

3. Morabito D. D. The spacecraft communications blackout problem encountered during passage or entry of planetary atmospheres //IPN Progress Report. – 2002. – С. 42-150.

4. Безменов А. Е., Алексашенко В. А. Радиофизические и газодинамические проблемы прохождения атмосферы //М.: Машиностроение. – 1982.

5. Bendoukha S. A. et al. A study of radio frequency blackout for space probe during atmospheric reentry phase //International Journal of Research-Granthaalayah. – 2017. – Т. 5. – №. 3. – С. 1-15.

6. Mehra N., Singh R. K., Bera S. C. Mitigation of communication blackout during re-entry using static magnetic field //Progress In Electromagnetics Research B. – 2015. – Т. 63. – С. 161-172.

7. Tran P., Paulat J. C., Boukhobza P. Re-entry flight experiments lessons learned—the atmospheric reentry demonstrator ARD //Flight Experiments for Hypersonic Vehicle Development. – 2007. – Т. 10. – С. 10-46.

8. Lehnert R., Rosenbaum B. Plasma effects on Apollo re-entry communication //Publications. – 1965. – Т. 2. – С. 412.

9. Мартин Дж. Вход в атмосферу. Введение в теорию и практику. – 1969.

10. Гинзбург В. Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. – 1960.

Для цитирования:

Мурлага А.Р. Определение электрофизических свойств плазмы ударного слоя вблизи критической точки спускаемого аппарата. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.9.9